李嵩泉，蔣海玲

（1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊050081;2.河北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，河北石家莊050081）

0 引言

在基于資源按需分配策略的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，網(wǎng)控中心是實(shí)施各種應(yīng)用策略并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能化、自動(dòng)化運(yùn)行的核心，其維護(hù)著通信網(wǎng)的各種應(yīng)用資源，負(fù)責(zé)監(jiān)視和控制各地球站內(nèi)設(shè)備的工作狀態(tài)和參數(shù)，負(fù)責(zé)頻率、功率等可控信道資源的分配和回收[1－3]。為保證衛(wèi)星通信系統(tǒng)不間斷的可靠運(yùn)行，一般都配置多個(gè)網(wǎng)控中心，各網(wǎng)控中心之間通過(guò)預(yù)定義的策略分時(shí)或者協(xié)同完成網(wǎng)絡(luò)管理和控制工作。

1 網(wǎng)控中心備份方式

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，網(wǎng)控中心備份方式主要有冷備份、熱備份以及介于兩者之間的弱熱備份3種常用方式[4]。

冷備份是指網(wǎng)控中心設(shè)備獨(dú)立配置，之間沒有任何自動(dòng)化信息交互的接口，數(shù)據(jù)的同步靠人工拷貝復(fù)制等手段完成。主用網(wǎng)控中心出現(xiàn)問(wèn)題后，備用網(wǎng)控中心由人工干預(yù)啟動(dòng)運(yùn)行，重新對(duì)管理過(guò)程初始化。其特點(diǎn)是軟件復(fù)雜度和開發(fā)成本低，但由于網(wǎng)控中心間缺乏數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步，備用網(wǎng)控中心啟動(dòng)時(shí)，原主用網(wǎng)控中心記錄的實(shí)時(shí)信息會(huì)丟失，整個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，而且?guī)?lái)通信業(yè)務(wù)中斷。

熱備份是指網(wǎng)控中心設(shè)備之間建立有自動(dòng)化信息交互的接口，各網(wǎng)控中心設(shè)備之間一直保持著數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步。網(wǎng)控中心間通過(guò)握手信令等手段實(shí)時(shí)檢測(cè)工作狀態(tài)，并根據(jù)檢測(cè)到的狀態(tài)及預(yù)定策略自動(dòng)進(jìn)行角色切換。其特點(diǎn)是軟件復(fù)雜度及開發(fā)成本高，數(shù)據(jù)同步及切換控制策略復(fù)雜，但實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)同步保持了主備網(wǎng)控中心之間的數(shù)據(jù)一致性，從而使主備切換時(shí)不影響現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)的狀態(tài)，特別是不會(huì)中斷正在進(jìn)行的通信業(yè)務(wù)，提高了系統(tǒng)可用度。

弱熱備份策略介于上述2種之間，在有些系統(tǒng)中被稱為溫備[5，6]，即主備網(wǎng)控中心之間具備自動(dòng)化信息交互的接口，但該接口傳遞的數(shù)據(jù)只包括握手信息和各種與數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)相關(guān)的配置信息，而不包含入退網(wǎng)、資源分配回收等實(shí)時(shí)的運(yùn)行變化過(guò)程信息，在主用網(wǎng)控中心出現(xiàn)異常時(shí)，備用網(wǎng)控中心能自動(dòng)檢測(cè)并加載運(yùn)行，接替主用網(wǎng)控中心的工作，但由于未記錄通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，因此會(huì)導(dǎo)致地球站重新入網(wǎng)和通信過(guò)程的中斷。

2 管理系統(tǒng)架構(gòu)

該衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由一個(gè)中央站和若干遠(yuǎn)端地球站組成。中央站配置大量的業(yè)務(wù)信道設(shè)備、2臺(tái)網(wǎng)控中心計(jì)算機(jī)以及由網(wǎng)控中心控制的多路網(wǎng)絡(luò)管理信道;遠(yuǎn)端站除配置少量業(yè)務(wù)信道設(shè)備外還配置了網(wǎng)控代理軟件[7]和一路網(wǎng)管信道設(shè)備[8]，網(wǎng)控中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理信道與遠(yuǎn)端站的網(wǎng)控代理構(gòu)成一個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)[9，10]，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)組成示意圖

網(wǎng)控中心之間通過(guò)以太網(wǎng)連接，網(wǎng)控中心軟件主要由5部分組成，主備網(wǎng)控中心軟件組成相同。網(wǎng)控中心內(nèi)及相互間的軟件組成關(guān)系如圖2所示。

圖2 網(wǎng)控中心軟件組成示意圖

鏈路控制層:主要負(fù)責(zé)網(wǎng)控中心主機(jī)與各網(wǎng)管信道設(shè)備之間的信息交互、網(wǎng)管信道狀態(tài)檢測(cè)、信令的可靠傳輸控制等功能。

資源控制層:主要負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)控中心可調(diào)度的各種資源信息（地球站、信道設(shè)備、頻率、速率、功率等）按各種應(yīng)用策略進(jìn)行計(jì)算分析處理，主要包括地球站的入退網(wǎng)認(rèn)證、信道設(shè)備的可用性（根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)可分析出信道設(shè)備的可用性）控制、電話及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)資源占用的調(diào)度和回收等。

事物控制層:主要負(fù)責(zé)網(wǎng)控中心內(nèi)各軟件單元間共享資源的調(diào)度、配置和存儲(chǔ)，協(xié)調(diào)網(wǎng)控中心內(nèi)各軟件單元之間的數(shù)據(jù)同步。

主備角色控制層:主要負(fù)責(zé)網(wǎng)控中心狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)的同步轉(zhuǎn)發(fā)和控制，并負(fù)責(zé)控制所屬主機(jī)內(nèi)其他軟件單元的角色切換。

操作終端層:提供網(wǎng)控中心軟件與網(wǎng)控中心維護(hù)人員之間進(jìn)行信息交互的操作界面，用于各種參數(shù)的配置、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程及狀態(tài)的展示等。

3 網(wǎng)控中心熱備份設(shè)計(jì)

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，主用網(wǎng)控中心負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理控制，包括網(wǎng)絡(luò)和地球站參數(shù)的配置、地球站的入退網(wǎng)控制、衛(wèi)星信道資源配置和分配、網(wǎng)管信道的切換、鏈路性能的監(jiān)視和調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視以及故障管理等功能。

備用網(wǎng)控中心處于靜默值守狀態(tài)，保持與主用網(wǎng)控中心間的數(shù)據(jù)同步，并實(shí)時(shí)監(jiān)視主用網(wǎng)控中心的運(yùn)行狀態(tài)。在檢測(cè)到主用網(wǎng)控中心運(yùn)行異常時(shí)，能夠根據(jù)預(yù)定策略升級(jí)為主用角色，接管網(wǎng)絡(luò)管理和控制功能，從而最大可能地保證衛(wèi)星通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)不間斷運(yùn)行。

備用網(wǎng)控中心同主用網(wǎng)控中心一樣，可實(shí)時(shí)接收來(lái)自各外圍地球站通過(guò)網(wǎng)管信道向網(wǎng)控中心發(fā)送的信令，但備用網(wǎng)控中心在鏈路控制層收到這些信令后，并不向上轉(zhuǎn)發(fā)到資源調(diào)度或者事物調(diào)度層進(jìn)行處理，而只是將其作為收支路狀態(tài)檢測(cè)的參考。

網(wǎng)控中心計(jì)算機(jī)之間通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)連接在一起，為了靈活地增加或者剔除某網(wǎng)控中心主機(jī)及確保網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的變化不影響網(wǎng)控中心的運(yùn)行，在網(wǎng)控中心之間采用組播協(xié)議進(jìn)行信息交互。

主備網(wǎng)控中心的實(shí)現(xiàn)有2個(gè)重要的環(huán)節(jié):一個(gè)是網(wǎng)控中心間的數(shù)據(jù)同步;另一個(gè)是主備切換策略[11]。

3.1 數(shù)據(jù)同步

數(shù)據(jù)同步是指?jìng)溆镁W(wǎng)控中心從主用網(wǎng)控中心獲取當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行及配置信息，以保持各網(wǎng)控中心記錄的一致性，根據(jù)數(shù)據(jù)類型來(lái)分主要包括以下3個(gè)方面:

（1）配置數(shù)據(jù)的同步

配置數(shù)據(jù)主要存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，主要包括網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、電話號(hào)碼、設(shè)備參數(shù)、用戶信息等保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的各種預(yù)定義參數(shù)。這類信息對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響，必須保證主備網(wǎng)控中心間的一致，且實(shí)時(shí)性要求較高。該類型數(shù)據(jù)的同步方式有3種:①網(wǎng)控中心首次啟動(dòng)并在確認(rèn)自己為備用時(shí)，主動(dòng)向主用網(wǎng)控中心發(fā)送申請(qǐng)，獲取這些信息;②操作員通過(guò)備用網(wǎng)控中心操作界面手動(dòng)發(fā)起同步請(qǐng)求，獲取信息;③操作員通過(guò)主用網(wǎng)控中心操作界面發(fā)起的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置變更命令后，主用網(wǎng)控中心主動(dòng)向各備用網(wǎng)控中心發(fā)送同步更新命令。

（2）狀態(tài)數(shù)據(jù)的同步

狀態(tài)數(shù)據(jù)主要是指衛(wèi)星通信系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的各種實(shí)時(shí)過(guò)程狀態(tài)數(shù)據(jù)，主要包括地球站入退網(wǎng)過(guò)程、資源占用申請(qǐng)及釋放過(guò)程[11，12]以及通信系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中主用網(wǎng)控中心分析生成的各種異常信息等。這類數(shù)據(jù)變化往往較配置數(shù)據(jù)快，實(shí)時(shí)性和一致性要求較高，主用網(wǎng)控中心在狀態(tài)數(shù)據(jù)變化時(shí)，需要及時(shí)向備用網(wǎng)控中心同步信息，如圖3所示。

圖3 狀態(tài)數(shù)據(jù)同步流程

（3）日志數(shù)據(jù)的同步

日志數(shù)據(jù)主要指網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的各種事件記錄，包括:終端在線記錄、終端話音通信記錄、操作員操作記錄等。這類信息相對(duì)次要，也不需要實(shí)時(shí)性，可以定時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。

3.2 主備切換策略

主備切換策略涉及網(wǎng)控中心初始角色確認(rèn)和運(yùn)行中主備角色切換兩個(gè)過(guò)程。這兩個(gè)過(guò)程都可以由操作員進(jìn)行人工配置完成，主備角色由人工決定。本設(shè)計(jì)提供一種基于故障檢測(cè)和自動(dòng)協(xié)商的主備角色切換策略。

在網(wǎng)控中心啟動(dòng)運(yùn)行初期，各個(gè)網(wǎng)控中心通過(guò)一定策略，自動(dòng)協(xié)商獲知自己的角色和啟動(dòng)順序，本設(shè)計(jì)中以網(wǎng)控中心所在計(jì)算機(jī)配置的IP地址（在同一個(gè)網(wǎng)段的IP網(wǎng)絡(luò)中，每臺(tái)計(jì)算機(jī)或其他網(wǎng)絡(luò)終端的IP地址是唯一的）作為角色協(xié)商的參考值，IP地址越小則優(yōu)先級(jí)越高，IP地址越大則優(yōu)先級(jí)越低。網(wǎng)控中心初始啟動(dòng)后，首先以組播的方式向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送心跳信令，該信令中攜帶著本機(jī)的當(dāng)前角色（在協(xié)商過(guò)程完成前都為:備用）、本機(jī)的IP地址等，各網(wǎng)控中心在接收到該信令后，存儲(chǔ)到當(dāng)前網(wǎng)控中心的有序列表中，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間協(xié)商后，進(jìn)行角色確定，優(yōu)先級(jí)最高的切換為主用狀態(tài)，其他維持備用狀態(tài)。

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)主用網(wǎng)控中心出現(xiàn)故障時(shí)，備用網(wǎng)控中心可根據(jù)一定策略切換為主用網(wǎng)控中心，這一過(guò)程的核心是主備切換準(zhǔn)則。對(duì)于一個(gè)熱備份網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，切換判據(jù)必須準(zhǔn)確可信，因此不能采用單一條件作為判斷準(zhǔn)則，而應(yīng)定義兩個(gè)以上的切換條件。在本設(shè)計(jì)中，以主備網(wǎng)控中心間心跳狀態(tài)、網(wǎng)控中心傳輸通道狀態(tài)兩個(gè)方面來(lái)定義主備切換的判斷條件。備用網(wǎng)控中心將接收不到主用網(wǎng)控中心的握手信令作為主備切換的必要條件，但傳輸通道狀態(tài)正常是該準(zhǔn)則可執(zhí)行的充分條件。兩個(gè)條件的判斷流程如圖4所示。

圖4 主備切換判斷流程

（1）心跳檢測(cè)策略

備用網(wǎng)控中心（標(biāo)識(shí)為B）在啟動(dòng)后開啟心跳檢測(cè)定時(shí)器Thb，在本機(jī)網(wǎng)絡(luò)正常時(shí)，如果在超時(shí)時(shí)間內(nèi)接收到心跳信息或者其他來(lái)自主用網(wǎng)控中心（標(biāo)識(shí)為A）計(jì)算機(jī)的信令信息，則將超時(shí)計(jì)數(shù)器heartbeat_count清零;如果在超時(shí)時(shí)間內(nèi)沒有收到任何信令信息，則將該計(jì)數(shù)器加1;若超時(shí)計(jì)數(shù)大于預(yù)先配置的閾值，則認(rèn)為心跳中斷。

（2）傳輸通道檢測(cè)策略

所有在線的網(wǎng)控中心都實(shí)時(shí)檢測(cè)所在計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，判斷本機(jī)的網(wǎng)絡(luò)是否正常。備用網(wǎng)控中心在檢測(cè)到所在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)，仍保持自己為備用狀態(tài);主用網(wǎng)控中心在檢測(cè)到所在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)，自動(dòng)將自己轉(zhuǎn)換為備用狀態(tài)，并通知其他各軟件服務(wù)單元轉(zhuǎn)入靜默值守狀態(tài)。

備用網(wǎng)控中心不需檢測(cè)與主用網(wǎng)控中心之間的IP網(wǎng)絡(luò)是否正常，因?yàn)镮P網(wǎng)絡(luò)的中斷一定會(huì)帶來(lái)心跳的中斷，完全可以與主用網(wǎng)控軟件異常帶來(lái)的結(jié)果歸為一類，不用單獨(dú)檢測(cè)。

4 結(jié)束語(yǔ)

網(wǎng)控中心承擔(dān)著衛(wèi)星通信系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)工作，是保證各信道設(shè)備、通信鏈路以及系統(tǒng)有效運(yùn)行的重要組成部分。介紹了一種網(wǎng)控中心熱備份的方法，給出了網(wǎng)控中心之間數(shù)據(jù)同步設(shè)計(jì)和主備切換的準(zhǔn)則以及流程。

網(wǎng)控中心之間通過(guò)數(shù)據(jù)同步、自動(dòng)檢測(cè)及協(xié)商等機(jī)制實(shí)現(xiàn)了主備角色的快速切換。網(wǎng)控中心的主備切換不影響網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)和通信過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)控中心各種管理功能的連續(xù)性，保證了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行。可有效解決衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)管理控制的可靠性需求。

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